超声流量计的制作方法

本发明涉及一种用于测量流体的流速和/或体积流量的装置。

背景技术：

在过程体积流量计量技术中，超声测量计(ultraschallzaehler)尤其用于测量体积流量。它们实质包括测量传感器、超声换能器以及信号处理单元，测量传感器包括具有被焊接的连接法兰的管件，超声换能器也被称为超声探测仪，被安装在测量传感器的管件(中间部件)中，信号处理单元用于控制超声探测仪以及用于加工该探测仪所输出的信号。

测量原理在于检测两个超声波信号的传输时间差，这两个超声波信号沿某个方向被发射或接收，该方向一方面具有沿流动方向的分量，另一方面具有逆着流动方向的分量。为实现此目的，这些信号必须以相对于流动轴线不等于90度的特定角度被发射或接收。ep1293759b1公开了一种根据该原理的超声流量计。

对流体的压力和温度的精确测定对于由体积流量的测量值来计算能量含量是必需的。因此，必须定期校准压力传感器和温度传感器。目前，这是通过管道和阻挡元件的外部附件来完成，这是复杂的，并导致对空间的要求增加。例如，us2014/0109686a1示出了这样一种设计。此外，存在外部附件在运输中被损坏的风险。外部附件还需经受环境条件的考验，因而必须满足更高的在密封性(ip防护)和防腐方面的要求。此外，传感器的电线以从外部可触及的方式被导通至处理单元。必须提供附加措施使它们免受环境影响。

de202015006553u1公开了一种包括压力传感器但不必被校准的用于饮用水的流量计。

技术实现要素：

基于现有技术，本发明的目的是提供一种改进的测量装置，使用该测量装置，可以避免上述缺陷，并且该测量装置能够尤其使得对压力传感器的校准简单、紧凑且便宜。

该目的通过以下的技术方案实现：

根据本发明的一种超声流量计，用于测量流体的流速和/或体积流量，所述超声流量计包括：

测量传感器，所述测量传感器具有用于连接流体管道的连接法兰和流体流经的中间部件；

至少两个被容纳在所述中间部件中的超声换能器，组成超声换能器对，其间设有沿流动方向的测量路径；

压力传感器，所述压力传感器被安装在位于所述中间部件中的压力传感器安装座中，并通过堵头(stempel)安装座与所述中间部件的内部流体连通；

校准连接器，所述校准连接器被安装在位于所述中间部件中的校准连接器安装座中，并通过所述堵头安装座与所述中间部件的内部流体连通；

其中，堵头可以被送入所述堵头安装座中的两个位置，并且在第一位置时，所述压力传感器与所述中间部件的内部流体连通；

并且在第二位置时，所述压力传感器通过所述堵头安装座与所述校准连接器流体连通。

使用根据本发明的测量装置，能够对压力传感器进行简单的校准。为此，仅需将所述堵头送入第二位置，从而使得所述压力传感器与流体流脱离连接，并同时连接至所述校准连接器。然后，可以借助于连接在所述校准连接器的装置进行直接校准。校准后，可以再次将所述堵头送入第一位置，从而使得所述压力传感器与所述校准连接器脱离连接，再次连接至流体流。在该实施例中，所述安装座可以便利地加工在中间部件中。该机构以及所述压力传感器和所述校准连接器被嵌入式地设置在所述测量传感器的中间部件中，可由覆盖件封盖，从而实现防止装置受环境影响和机械损坏。

出于相同的原因，在进一步的改进中，电连接线通过相应的孔穿过所述中间部件的壁，被导通至设置在所述中间部件处的处理单元，所述电连接线从外部不可见。

在本发明的进一步改进中，可以通过旋转将所述堵头从一个位置送入另一个位置，这在最简单的情况下可通过螺纹实现，所述螺纹允许旋入和旋出堵头。

在本发明的进一步改进中，所述压力传感器安装座、所述校准连接器安装座和所述堵头安装座在纵向方向上相对于彼此成角度设置，以使得所述压力传感器安装座和所述校准连接器安装座与所述堵头安装座连通，并且所述堵头安装座与所述中间部件的内部连通，其中，所述压力传感器安装座和所述校准连接器安装座的开口被设置在所述堵头安装座的不同深度处，并且所述压力传感器安装座的开口被设置在更靠近所述内部处。

基于此，更有利的是，所述堵头位于前侧并朝向中间部件的内部的端部相对于所述堵头安装座密封设置。然后，该堵头可以在从一个位置运动到另一个位置时完成多种功能，即：由此可以实现在第二位置处时，所述堵头关闭与所述中间部件的内部的入口，并同时开放所述压力传感器和所述校准连接器的连接。当所述堵头从第二位置运动至第一位置时，首先开放与所述内部的入口，然后，开放与所述压力传感器的连接。之后，所述堵头在第一位置处，在这个位置上，在前侧的端部关闭所述压力传感器和所述校准连接器间的连接。

以利于设计的方式，利用螺纹通过朝向所述中间部件的内部的旋转，将所述堵头从第一位置旋入第二位置。

另外，在中间部件中可以设置被安装在温度传感器安装座中的温度传感器，以检测流体的温度，其中，也可以在这里给所述温度传感器安装座遮盖盖罩。

附图说明

参考实施例和附图，以下对本发明进行详细地描述。附图中示出：

图1示出根据本发明的流量计的测量原理；

图2示出根据本发明的流量计的透视图；

图3示出了沿测量平面的示意性剖视图；

图4和图5示出了堵头位于不同位置时的压力测量区域的示意性剖视图。

具体实施方式

根据本发明的流量计10根据已知的利用超声测量体积流量的原理工作(还可参见ep1293759b1)。图1示出了该已知的测量原理。流量计10包括至少两个超声换能器12、14，超声换能器12、14设置在管状中间部件16的壁中，且相对于流动方向20具有不等于90度的角度α，管状中间部件16的管径为d，流体18在其内沿流动方向20流动。超声换能器12、14受控于控制和处理单元22，交替用作发射器和接收器。沿测量路径24通过流体18传输的超声波信号通过流动，在一个方向(12至14)上获得附加的速度分量，当沿另一个方向(14至12)传输时，该速度分量与前述附加的速度分量反向，即被减速。因此，由于流动方向20，在测量路径24上来回运动的超声脉冲的传输时间是不同的。每个接收的信号被输入控制和处理单元22，可选地，通过诸如放大器和a/d转换器的电路元件(未示出)被整形，最终被数字化处理。利用所得的时间差根据

得到所求的流速和根据

得到体积流量，其中，由下列变量描述图1中的几何关系：

v：管道内的流体的流速；

l：两个超声换能器之间的测量路径的长度；

α：超声换能器发射和接收的角度；

q：体积流量；

d：管道的直径；

th：顺流的超声传输时间；和

tr：逆流的超声传输时间。

可以理解的是，使用该配置，还有流经气体的声速可以根据以下公式进行测定：

图2示出了根据本发明的流量计10的一个实施例的透视图。该流量计具有测量传感器17，该测量传感器17具有用于连接流体管道的连接法兰19和流体流经的中间部件16。超声换能器12和14位于盖罩30下面，且在中间部件16的壁32中。由于流动通常在整个横截面上不都是均匀的，如果设置单个测量路径24，只会提供不精确的测量结果，因此，以已知的方式在横截面上设置多个测量路径，例如，设置4个并行且上下叠置的测量路径24-1、24-2、24-3、24-4，并通过诸如求平均值的方式进行共同评估。图3的剖视图示出了这些多个测量路径，示意性地示出了沿测量平面的截面。由于测量平面以相对于流动方向不等于90度的α角设置，在这个截面图中，中间部件16的原本为圆形的内部34呈现为椭圆形。

然而，实际的测量目的不仅包括对体积流量的测定(即，对质量流速的测定)，还包括对能量含量的测定。为实现该目的，测定流体的压力和温度是必不可少的。

本发明的实际目的是将压力传感器36设置在中间部件16中。压力传感器36被安装在位于中间部件16的壁32中的压力传感器安装座38中。压力传感器安装座38的直径大小由外向内阶梯式减小。压力传感器36被密封地旋入这些阶梯40的一个中。

压力传感器安装座38在内侧的端部通过窄通道39与堵头安装座42连通。为了使其以简单的结构来实现，这些安装座被相互成角度设置。堵头44被设置在堵头安装座42中。堵头安装座42经通道45与中间部件16的内部34连通，因而与内部34形成流体连通。堵头44在外侧的端部通过螺纹46旋入堵头安装座，因而可以通过旋转，从图4所示的第一位置被送入图5所示的第二位置，或相反地，从第二位置被送入第一位置。堵头的端部48设置在其前侧并且朝向中间部件16的内部34，在此端部48处，堵头以诸如在堵头安装座42上设置密封环50的方式密封。

此外，在中间部件16的壁32中设有校准连接器安装座52，其内容纳有校准连接器54。同样，校准连接器安装座52是阶梯状的，校准连接器54被密封地旋入其中一个阶梯中。校准连接器安装座52相对于堵头安装座42成角度设置，并且通过通道55与堵头安装座42连通，以形成流体连通。因此，校准连接器安装座52和压力传感器安装座38的开口位于堵头安装座的不同深度处，其中，校准连接器安装座52的开口位于较外侧。

开口和堵头44以及第一位置和第二位置在其尺寸以及位置的设计上，需使得在第一位置时，压力传感器36与中间部件16的内部34流体连通，即：压力传感器安装座38的开口朝向内部34打开，并且堵头44的密封端48朝向外侧封闭堵头安装座(图4)。在第二位置时，压力传感器36通过堵头安装座42与校准连接器54流体连通。此时，堵头44被旋入，朝向内部34封闭堵头安装座42，同时开放压力传感器安装座38的开口和校准连接器安装座52的开口之间的连通。此时，为了使周围空气无法进入这些连接中，堵头44还在其外侧端部通过密封环56密封。

三个安装座38、42和52可由盖罩60和62遮盖。为了在盖罩的情况下依然实现压力传感器36与处理单元22的电连接，连接线64通过相应的孔66贯通中间部件的壁32。

在本发明的进一步的改进中，可以使用相同的方式，在中间部件16中设置被安装在温度传感器安装座中的温度传感器(附图未示出)，例如，将其放置在压力传感器36的相对侧，以检测流体的温度。同样地，温度传感器安装座可以用盖罩遮盖，且电连接可以通过壁32被导通至处理单元22。